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10.16638/jki.1671-7988.2021.04.018
张立1，李博2
（1.浙江经贸职业技术学院应用工程系，浙江 杭州 310018；
2.杭州微光电子股份有限公司，浙江 杭州 310018）
摘 要：为了减少家用轿车驻车期间开门引起的交通事故概率，文章设计一款车门防撞预警系统。该系统首先通过陀螺仪确定汽车处于驻车状态，然后利用多普勒雷达对车辆附近的移动目标进行监测，一旦发现移动目标进入设定的阀值距离，开启摄像头获取移动目标的具体信息，该信息一方面被传输到车辆显示屏提醒车主决策，另一方面与雷达信号进行冗余处理，以及时锁止车门。通过对众泰汽车某型号车辆的标定和实测分析，该系统能够有效识别车辆周边的移动目标，在车主的决策支持下，该系统能够有效解决车辆驻车期间的开门事故问题，具有一定的应用前景。
关键词：驻车；开门事故；预警；视频图像；雷达
中图分类号：U463.67 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)04-60-03
Design and Realization of an Early Warning System for Vehicle Parking
and Door Opening Accidents *
Zhang Li 1, Li Bo 2
( 1.Department of Application & Engineering, Zhejiang Economic & Trade Polytechnical, Zhejiang Hangzhou 310018;
2.Hangzhou Micro Optoelectronics Co., Ltd., Zhejiang Hangzhou 310018 )
Abstract: In order to reduce the probability of traffic accidents caused by door opening of family cars during parking, this paper designs a door collision warning system. The system first determines that the car is in a parked state through the gyroscope, and then uses Doppler radar to monitor the moving target near the vehicle. Once the moving target is found to enter the set threshold distance, the camera is turned on to obtain the specific information of the moving target. On the one hand, the infor
mation is transmitted to the vehicle display screen to remind the owner of the decision; on the other hand, it is redundantly processed with the radar signal to lock the door in time. Through the calibration and actual measurement analysis of a certain model of Zotye Automobile, the system can effectively identify the moving targets around the vehicle. With the decision support of the owner, the system can effectively solve the problem of door opening accidents during parking of the vehicle, and has certain application prospects.
汽车雷达Keywords: Parking; Door opening accident; Early warning; Video image; Radar CLC NO.: U463.67 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)04-60-03
引言
汽车驻车开门交通事故作为近年来新产生的交通事故类
作者简介：张立，就职于浙江经贸职业技术学院应用工程系。基金项目：本论文为浙江省教育厅2019年一般科研项目资助，项目编号为Y2019 42953。
张立 等：一种车辆驻车开门事故预警系统设计及实现
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型之一，由于其高发性和复杂性，该类事故给市民造成了严重的人身伤害和极大的出行困扰。据交警部门统计，2019年国庆节期间7天杭州市就发生了98起汽车停车开门事故。因此，当汽车处于驻车状态时，如果存在一种汽车辅助安全驾驶装置可以实时监控并自动识别周围环境，在车上人员准备开门下车前，系统能够根据相对距离进行判断，发现可能会发生危险情形时，立即提醒车上乘员，同时以一定方式提醒后方两轮车辆或行人，无疑可以弥补车上人员的视觉不足，更可以大大减少停车开门事故，有力地保护道路环境中的行人、两轮车驾驶人等弱势体，降低其人身伤亡和财产损失。文献提出了一种基于环视图像的车辆开门碰撞预警方法，可以有效实现对汽车开门时人视线盲区内存在的威胁的预警，辨识率约99.3%，误检率低于1%[1]。文献采用多普勒雷达实现移动目标探测和测速，并利用目标识别技术实现开门预警，测试结果表明，该系统在报警区域内的预警率可达到97%左右[2]。文献采用连续波毫米波雷达实时检测接近车辆后方报警区域的运动目标，并利用目标识别技术实现开门预警，测试结果表明，该系统的平均预警率可以达到95.5%左右[3]
。上述文献利用了目前的主流技术来实现开门预警，但却忽略了车主的主动视觉判断因素。本研究采用将雷达监测与视频图像检测相结合的方式来锁定移动目标，然后依靠车主的主动视觉来最终判断能否开门。经过试验测试结果表明，该系统有效解决车辆驻车期间的开门事故问题。
1 系统框架
该预警系统组成框架如图1所示。它主要包括多普勒雷达测速模块、陀螺仪传感器、图像视频识别模块、STM32系列单片机系统、报警和语音提醒显示以及门禁锁止系统等。系统的工作原理是：单片机系统正常工作的状态下，首先由陀螺仪传感器检测车辆是否处于驻车状态，在驻车状态下，多普勒雷达测速模块开启，不断检测车辆附近的移动目标。一旦发现移动目标靠近，图像视频识别模块立刻对移动目标进行识别，一方面将识别信息传送到车主显示屏供车主确定决策，另一方面将识别信息传送给单片机系统，单片机系统综合雷达信息和识别信息作出是否进行门禁锁止的指令，并发出报警声音和语音提醒显示。当车主决策确定移动目标无害时，由车主解锁门禁系统。
图1 预警系统组成框架
2 系统软硬件实现
2.1 系统硬件设计
该预警系统的多普勒雷达测速模块的硬件组成框图如图2所示。
图2 雷达测速模块硬件组成框图
当系统通过电源端口供电开始工作后，复位芯片使系统初始化，多普勒雷达检测信号经过中频处理之后，经模拟数字转换器转换成数字信号传送给可编程逻辑器件X2S100E ，可编程逻辑器件将采集到的
信号进行处理，在满足采集的信号在设定的最大信号与最小信号之间的范围的条件下，通过控制端口检测车辆是否处于驻车状态，一旦确定车辆处于驻车状态，可编程逻辑器件通过CAN 总线通信告知STM32单片机系统有移动目标的出现。当采集的信号超出设定的最小信号时，通过输出端口给门禁锁止模块发送信号，从而控制门禁信号。系统程序设计最终生成二进制文件，通过程序下载端口下载到程序存储器中。看门狗芯片能有效地保护系统的稳定运行。
陀螺仪传感器主要采用MPU6050微处理器的三轴加速度传感器。当汽车处于驻车状态时，传感器将此信号采集给MPU6050微处理器，该处理器与雷达测速模块的控制端口相连，通过控制端口告知可编程逻辑器件汽车是否处于驻车状态。
图3 时空特征信息图
图像视频识别模块主要基于时空特征信息图作为预警系统的图像识别决策特征[1]。该时空特征信息图融合了当前帧和以往多帧图片上的特定扫描线的信息图像矩阵，如图3所示。在图中一条扫描线可以形成一个时空信息图，左半部分是运动物体，右半部分是静止物体，从图中可知运动物体的速度快慢与时空信息图中的斜率是相关的。图4显示了车辆
坐标中扫描线的设置。该图像视频识别模块采用车载环视系统的鱼眼摄像头来采集车辆四周的图像信息。
汽车实用技术
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图4 车辆附近坐标扫描线
STM32系列单片机主要采用了STM32F103C8T6主控芯
片，该芯片内部资源丰富，接口众多，可以胜任预警系统的需求，如该芯片通过USB接口触发报警信号和语音提醒模块，如图5所示。
图5 STM32系列单片机
2.2 软件设计
该预警系统的部分软件设计流程图如图6所示。在系统正常工作后，当车辆判断处于驻车状态时，启动雷达测速模块，实时检测进入雷达测速范围的信号，一旦满足雷达认定移动物体的条件，一方面雷达测速模块通过相应的通信协议通知单片机，另一方面先行锁止门禁系统。只有在单片机启动图像视频识别模块并在车主的决策支持下，才会出现由车主自行解除门禁锁止的状态。
图6 系统部分软件流程图
3 试验分析
该预警系统安装在众泰某型号汽车之后开展了一系列试验测试。图7显示了汽车驻车状态下，当有行人进入雷达测速范围时，图像视频识别模块可以迅速地捕捉到行人并给车主提供显示决策。车主只有对图像视频识别模块的信息进行决策后才可能控制门禁系统，保证了行人的安全。表1显示了该预警系统识别不同的移动目标的情况。从表中可知，雷达测速模块对汽车等目标的感应距离最远，对行人的感应距离最近，这可能与行人的移动速度比较慢有关；图像视频识别模块由于是在雷达测速模块启动之后才工作，所以它的识别距离相对雷达要近一些，摩托车和电动自行车由于目标小且速度快反而识别难度大。经过50次的反复试验，证实了在这种模拟环境下，由于雷达地先行锁止门禁系统的处理，而后再由车主主动决策门禁解除的方式保证了预警系统的可靠预警。
（a）无人状态（b）有人状态
图7 预警系统试验测试图
表1 不同移动目标的预警识别情况
4 结论
该预警系统采用了雷达和图像检测相结合的方法，开展了相关的软硬件设计和开发。经过在众泰某型号汽车上的实测分析，发现针对不同的移动目标，尽管不同的检测方法的响应范围不一致，但由于雷达地先行锁止门禁系统以及车主的主动决策，从而使该预警系统最终都能够实现可靠的预警。本系统的测试环境可能没有考虑到一些极端情形以及系统的成本不菲等因素，这都是下一步需要改进努力的方向。
参考文献
[1] 王旱霖，赵翔，王春香等.一种基于环视图像的车辆开门碰撞预警
方法[J].华中科技大学学报(自然科学版),2015,43(10):43-47. [2] 王陆林，刘贵如.基于多普勒雷达的车辆开门预警系统[J].山东交
通学院学报,2015,23(4):8-12.
[3] 刘贵如，周鸣争，陈效华.基于连续波毫米波雷达的车辆开门防撞
预警技术[J].江苏大学学报,2015,36(6):634-638.
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